偏振光的立体式教学

1、偏振光的立体式教学、八一、前 言大学物理教学中两种传统方式是课堂教学和实验教学。 在课堂教学中一个教师给几十甚至上百个学生授课， 师生之间、 同学 之间交流较少；实验教学中，学生要用34小时完成教师安排的实验题目， 时间紧迫。这两种教学模式都是以学生接受、 理解、 记忆被动式学习为主，优点是教师对教学进程易于控制。教育改革的形势提倡改变传统的以教师为中心的教学模式， 注重以学生为主体、 更多的激发学生自主学习和探索的热情， 注 重良好的沟通技能和团队合作精神的培养， 关注学生成长和全面 素质的提高。在物理实验中引入设计性实验， 实验室也逐步开放， 以鼓励学生的自主式学习与探索。二、立体式教学

2、我们在大学物理课程的偏振光的教学中尝试了“立体式教 学”，将理论教学、实验教学以及分析总结融合起来，并充分发 挥学生的主观能动性，通过 4 个阶段来完成一个主题内容的教 学。启发式的课前预习提纲；课堂讨论；设计性实验； 提交课程论文。通过课前预习培养学生针对一类问题的调查研究能力和分 析能力； 课堂讨论培养学生的表达能力； 设计性实验培养学生的 创新能力和动手能力；提交课程论文培养学生的分析总结能力。从预习、课堂讨论、实验小组的建立、实验方案的形成与实施、 提交课程论文， 整个过程是完全开放的， 都以学生为中心自主完 成的，教师只是指导者。教学中提高了学生学习兴趣，并取得了 很好的教学效果。三

3、、偏振光的立体式教学设计与实践1. 偏振光的理论预习提纲偏振光的理论预习提纲归纳如下：常见光源的发光机理；光的偏振性；偏振片的起偏与检偏，马吕斯定律；反射、 折射时光的起偏与检偏，布儒斯特定律；双折射现象。2. 设计性实验的参考题目在只有常规的偏振光实验仪器的情况下 （如光具座、 偏振片、 玻璃堆、钠光灯、1/4波片、1/2波片、He-Ne激光器、天平等）， 应做到以下几点：区分普通玻璃片、偏振片、1/4波片、1/2波片； 确定偏振片通光方向或波片的光轴； 测量透明或不透 明材质的折射率（材质自备）；设计光路图，使透射光强为入 射自然光强的 1/n 。收到了较好的教学效果。3. 预习报告（1）

4、常见光源是自然光，是大量原子的自发辐射跃迁形成 的；激光为受激辐射形成的。（ 2）光是电磁波、横波，具有偏振性质，其偏振方向为电 场强度的振动方向。 光束按偏振性质可分为自然光、 线偏振光和 部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。（3）偏振片的起偏机理为透明基片上的导电分子链将其平 行方向上的光振动分量吸收， 只剩与其垂直方向的光振动透射而 起偏的。 1 对于自然光，理想的偏振片的透射光强为入射光强 的 1/2 。如果光振动方向与偏振片透光方向的夹角为 ，入射光强为 I0 ，透射光强为 I ，则偏振片上的入射光强与投射光强符合马吕 斯定律： 。根据马吕斯定律， 可以定量计算偏振片透射光与入射光的相

5、 对光强，利用偏振片的起偏原理也可以对一束光进行检偏。（4）自然光遇介质界面时，反射光和折射光都成为部分偏 振光， 当反射光和折射光垂直时， 只有垂直入射面的光振动能够 被反射，折射光为平行于入射面的光振动为主的部分偏振光。布儒斯特定律： 当反射光和折射光垂直时， 反射光为垂直入 射面的线偏振光。入射角称为布儒斯特角，满足（ n1为入射媒质折射率， n2 为折射媒质折射率）。 根据布儒斯特定律， 可以测量折射物质的折射率； 玻璃堆也 可以像偏振片一样对一束光进行起偏或检偏， 或者对透射光强进 行控制。（5）双折射现象。自然光遇晶体时分成两束线偏振光的现 象叫做双折射现象。 利用双折射晶体做成尼

6、科尔棱镜， 也可以对 一束光进行起偏和检偏。 利用双折射晶体做成的 1/4 波片可以获 得椭圆偏振光或者圆偏振光； 1/2 波片可以方便地使偏振光的振动面偏转任意角度。（6）区分自然光、线偏振光、部分偏振光的常见方法可以 利用偏振片、 玻璃堆或者尼科尔棱镜的任何一个置于光路中并以 光路为轴旋转观察透射光强的变化来判断。4. 课堂教学以学生在自学预习中形成的观点和遇到的问题为主进行讨 论，教师适当讲解， 锻炼学生的思维表达能力和倾听并寻找设计 性实验的合作伙伴。5. 设计性实验的观察点（1）区分普通玻璃片、 偏振片、 1/4 波片、 1/2 波片。首先， 确定与波片对应的光源， 考察点为普通玻璃

7、片对垂直入射光的偏 振性无明显影响；偏振片在自然光中呈灰色；其次，偏振片改变 入射线偏振光的透射光强和偏振方向； 1/4 波片对入射线偏振光 的透射光强无影响， 透射光可以仍是线偏振光 （入射线偏振光振 动方向平行或垂直波片光轴）或者椭圆偏振光、圆偏振光； 1/2 波片只是使入射线偏振光振动面旋转 2 倍的入射光振动面、 波片 光轴夹角。（2）确定偏振片通光方向可利用已知布儒斯特角的玻璃堆 起偏的偏振光。（3）测量透明或不透明材质的折射率（材质自备）。考查 点为反射光偏振性的检测、布儒斯特定律 的计算及光路的设计。（4）要使透射光强为入射自然光强的 1/n ，两偏振片通光 方向夹角为 ；或者偏

8、振片、玻璃堆和尼克尔棱镜中任意两个的 组合，但光路要复杂一点。实验小组活动的方式和时间可以协商选择。 实验方案自由讨 论，相互批评，相互补充，相互完善，从中加深对理论的理解， 起到课堂教学起不到的作用。 形成统一方案后交与指导教师， 由 教师形成建设性指导意见后反馈回小组， 而不是简单的给出正确 答案或解释。6. 课程论文 课程论文包括预习报告、实验目的、实验仪器、光路图、操 作步骤、实验数据、实验现象、数据处理、偏振光应用的展望与 综述等。四、结束语 在整个教学过程中，偏振光的理论预习内容属于必修课内 容，设计性实验是自愿参加的。对学生来讲，整个过程是自主的 相互学习的过程， 也是合作互动的过程， 是交朋友和讨论物理问 题的过程。物理知识是大家一起构建的，而不是被灌输的